【摘要】 本文首先對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了分析,接著以型號(hào)為6M25的往復(fù)式壓縮機(jī)為例對(duì)引起壓縮機(jī)故障進(jìn)行了分析,主要是從熱量故障和機(jī)械故障兩個(gè)方面進(jìn)行的,然后文章從活塞桿的受力、斷口兩個(gè)方面分析了引起壓縮機(jī)故障的關(guān)鍵部件。文章的最后對(duì)如何進(jìn)行壓縮機(jī)故障的判斷和排除進(jìn)行了概述。
【關(guān)鍵詞】 壓縮機(jī) 石油化工企業(yè) 往復(fù)壓縮機(jī) 機(jī)械
石油壓縮機(jī)是和石油行業(yè)的發(fā)展是同步進(jìn)行的,在我國(guó)大慶油田、遼河油田、勝利油田的開發(fā),為我國(guó)的石油開采帶來(lái)了新的生機(jī),石油壓縮機(jī)的應(yīng)用范圍也在不斷的擴(kuò)大。在石油化工行業(yè)的氣體壓縮方面占有核心地位的是往復(fù)式壓縮機(jī),這種壓縮機(jī)是目前行業(yè)當(dāng)中應(yīng)用的最為廣泛的,它的主要特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械的部件多、機(jī)器所處的環(huán)境比較惡劣,所以往復(fù)式壓縮機(jī)在應(yīng)用時(shí)也會(huì)存在很多故障及失效的現(xiàn)象。
一、往復(fù)式壓縮機(jī)應(yīng)用現(xiàn)狀
1.1 往復(fù)式壓縮機(jī)的使用
在石油企業(yè)進(jìn)行石油的煉制過(guò)程當(dāng)中,往復(fù)式的壓縮機(jī)是應(yīng)用的比較廣泛的,它的使用涉及到催化裂化反應(yīng),石油產(chǎn)品的脫硫、加氫制精這些重點(diǎn)的工藝過(guò)程,在進(jìn)行催化和裂化的時(shí)候,采用的介質(zhì)主要是烴類,在脫硫和精制的過(guò)程中工藝的介質(zhì)主要是氫氣。在石油煉制企業(yè)當(dāng)中,石油的下游生產(chǎn)和煉油當(dāng)中需要的壓縮機(jī)種類、功率、壓力上需求也是不同的,這樣所采用的壓縮機(jī)種類也是不同的?,F(xiàn)在大中型油田的開發(fā),對(duì)壓縮機(jī)的要求也不斷的增高,壓縮機(jī)廠商也在技術(shù)上不斷的進(jìn)行創(chuàng)新,在國(guó)產(chǎn)化的道路上不斷的前進(jìn)。
6M25壓縮機(jī)在構(gòu)成上主要有三個(gè)部分,分為基礎(chǔ)部分、氣缸部分、輔助部分:(1)6M25壓縮機(jī)的基礎(chǔ)部分:基礎(chǔ)部分包括機(jī)身、中體、曲軸等各個(gè)部件,基礎(chǔ)部分的作用是進(jìn)行動(dòng)力的傳遞、將氣缸和基礎(chǔ)部位連接在一起。(2)6M25壓縮機(jī)的輔助部分:壓縮機(jī)的輔助部分有冷卻器、緩沖器、安全閥等,同時(shí)還包括個(gè)管道系統(tǒng)在內(nèi),這些輔助部分是確保壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)所必需。(3)6M25壓縮機(jī)的氣缸部分:氣缸部分主要組成為氣缸、氣閥、活塞以及進(jìn)行排氣調(diào)節(jié)的裝置零件。作用主要就是在壓縮機(jī)中形成容積,同時(shí)還能防止氣體的泄漏現(xiàn)象出現(xiàn)。主要參數(shù)如表1所示。
沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)股份有限公司引進(jìn)的往復(fù)式活塞壓縮機(jī)是從德國(guó)引進(jìn)的技術(shù),功率最大能夠達(dá)到17000KW,本廠生產(chǎn)的壓縮機(jī)最典型的產(chǎn)品是4M80型的壓縮機(jī),是最早應(yīng)用到茂名石化公司的壓縮機(jī)設(shè)備中的,480型壓縮機(jī)在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)為活塞桿受力低、機(jī)身剛性強(qiáng)、承受力大、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)壓縮機(jī)具體參數(shù)見表2所示。
1.2 往復(fù)壓縮機(jī)研究的熱點(diǎn)
在工藝的流程上使用的往復(fù)式壓縮機(jī)現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)主要集中在兩點(diǎn),一是多品種、大功率、高壓的天然氣壓縮機(jī)的研究,二是加氣站用的壓縮機(jī)的研究。
(1)油田注氣類型的壓縮機(jī),油田在注氣過(guò)程是一個(gè)穩(wěn)定、高產(chǎn)的過(guò)程,我國(guó)是在80年代后開始實(shí)行此工藝的,如現(xiàn)在新疆油田使用、中原油田使用的天然氣壓縮機(jī) 都是具有高壓、大排量的壓縮機(jī)。(2)集輸用天然氣壓縮機(jī):現(xiàn)在應(yīng)用的較為廣泛的為RDS系列的壓縮機(jī)、整體式燃?xì)鈮嚎s機(jī)兩種。漢江石油管理局使用的是RDS系列的壓縮機(jī),具體的系數(shù)如表3所示。
整體式燃?xì)鈮嚎s機(jī)是由動(dòng)力缸和壓縮缸構(gòu)成的有機(jī)整體,整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程當(dāng)中是不需要外接提供任何的動(dòng)力的,在接電困難的分散油田、邊緣油田中使用的是比較廣泛的。此壓縮機(jī)的具體功率計(jì)參數(shù)如表4所示。
二、往復(fù)式石油壓縮機(jī)故障原因
2.1 熱量原因引起的壓縮機(jī)故障
(1)排氣量低是引起石油壓縮機(jī)故障的熱量原因之一,氣缸排氣溫度出現(xiàn)異常,軸瓦溫度過(guò)高等都是引起熱量故障的原因。以6M25往復(fù)式壓縮機(jī)為例,這種類型的壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)上是比較復(fù)雜的,這種壓縮機(jī)的排氣量公式如下:
Q=Vs1.λv1. λt1. λp1. λl1.n0
在這個(gè)公式當(dāng)中Vs1是指壓縮機(jī)第一級(jí)行程的容積。λv1指容積的系數(shù);λt1指溫度系數(shù);λp1指壓力系數(shù);λl1指泄露系數(shù);n0指額定的轉(zhuǎn)速。
以上任何因素都會(huì)是引起故障的原因,其中引起排氣量不足主要有以下幾點(diǎn):①由于排氣溫度或者是氣缸的溫度超過(guò)要求引起的。②往復(fù)式壓縮機(jī)的活塞各個(gè)組件之間出現(xiàn)磨損、潤(rùn)滑油質(zhì)量問(wèn)題等引起的活塞環(huán)出現(xiàn)影響排氣量的問(wèn)題。③填料和壓縮機(jī)活塞桿之間出現(xiàn)磨損而引起的排氣量不足。④壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的轉(zhuǎn)速低于額定值。
(2)氣缸排氣溫度出現(xiàn)異常,在壓縮機(jī)的運(yùn)行中也是引起壓縮機(jī)故障的熱量原因之一,6M25往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)氣溫度都要求在50攝氏度以內(nèi),排氣溫度需要控制在120攝氏度以內(nèi),但是壓縮機(jī)在實(shí)際的使用當(dāng)中,吸氣和排氣出現(xiàn)異常溫度的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。主要有是因?yàn)橐患?jí)吸氣閥、排氣閥、中間排氣閥出現(xiàn)的不良逆流、吸氣前的泄露、冷卻器冷卻的效率過(guò)低等原因。
(3)軸瓦溫度過(guò)高會(huì)引起壓縮機(jī)故障,6M25往復(fù)式壓縮機(jī)的軸承是軸瓦式的,運(yùn)行當(dāng)中機(jī)身的7個(gè)軸瓦之間會(huì)出現(xiàn)不斷的摩擦,這樣就會(huì)不可避免的產(chǎn)生一定的熱量,而熱量的產(chǎn)生就會(huì)使軸承的溫度增高,而一旦溫度超過(guò)60攝氏度就會(huì)引起機(jī)械的故障。
2.2 機(jī)械故障引起的壓縮機(jī)故障
在壓縮機(jī)故障當(dāng)中活塞桿的斷裂大約占1/4,活塞桿除了對(duì)活塞有損害,同時(shí)對(duì)整個(gè)機(jī)械都有連鎖式的損壞,容易引起比較重大的事故、對(duì)經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重的影響。6M25型壓縮機(jī)中,第一、二級(jí)的活塞桿在交變力的作用下比較容易出現(xiàn)疲勞性的斷裂,同時(shí)活塞的機(jī)械性能、外部環(huán)境的長(zhǎng)期作用等都會(huì)引起活塞桿的斷裂。
在壓縮機(jī)中填料密封在高壓的環(huán)境下不斷的進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)就有可能出現(xiàn)磨損,主要原因是密封盤上的彈簧發(fā)生磨損或者是自身彈力較小、密封的裝置和活塞桿之間存在一定的縫隙、密封盤和活塞桿之間的密封不嚴(yán)、潤(rùn)滑作用下降等。
三、往復(fù)式壓縮機(jī)關(guān)鍵部位——活塞桿的失效分析
往復(fù)式壓縮機(jī)活塞—活塞桿這一體系中是不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械間的共振的,但是活塞桿的疲勞破壞是需要進(jìn)行重點(diǎn)考慮的,前面說(shuō)過(guò)6M25這種類型的活塞桿斷裂基本上是出現(xiàn)在第一、第二級(jí),斷裂的部位主要是在連接螺紋處。6M25往復(fù)式壓縮機(jī)的第一、二級(jí)活塞桿的具體參數(shù)如表5所示。
3.1 活塞桿的斷裂和受力分析
壓縮機(jī)中的各個(gè)組件基本上都是處于循環(huán)性的往復(fù)運(yùn)動(dòng),所以活塞桿不僅要承受來(lái)自于曲軸運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化過(guò)程中出現(xiàn)的拉伸和壓縮外力,還要抵抗來(lái)自慣性力和摩擦力的強(qiáng)大作用。當(dāng)活塞桿在受到來(lái)自氣缸的壓力后,活塞相關(guān)逐漸就會(huì)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng),從而就會(huì)相應(yīng)的產(chǎn)生慣性力和摩擦力。
當(dāng)氣體作用到活塞活塞桿上,往復(fù)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力主要表現(xiàn)為活塞環(huán)和氣缸之間的摩擦作用力。往復(fù)式壓縮機(jī)在工作中,活塞桿會(huì)承受交變拉—壓力的交互作用,而在這樣交互力的作用下就會(huì)在活塞的螺紋根部出現(xiàn)裂紋,長(zhǎng)時(shí)間的力作用下,在活塞桿上便會(huì)出現(xiàn)瞬間的撕裂情況,這樣的撕裂主要是疲勞性的工作造成的,活塞桿受力分析圖如圖1所示。
3.2 活塞桿斷口情況分析
活塞桿的斷裂主要是發(fā)生在螺紋處,斷裂面一般會(huì)與活塞桿成45度角,關(guān)于這些斷裂口在外觀上看,主要分為接近疲勞源部位的機(jī)械磨光區(qū)域、擴(kuò)展后出現(xiàn)的裂紋區(qū)域、脆性斷裂區(qū)域(見圖2):
四、避免石油壓縮機(jī)故障的措施
避免石油壓縮機(jī)出現(xiàn)故障的主要措施就是壓縮機(jī)的檢查工作,如空氣壓縮機(jī)濾清器進(jìn)行檢查,如果發(fā)現(xiàn)有損壞、空氣濾芯不干凈等就要對(duì)損壞的部件進(jìn)行及時(shí)的更換,進(jìn)氣管需要保障內(nèi)圈直徑要復(fù)合要求。回油管的直徑建議不要小于12MM,同時(shí)不要有過(guò)多的彎曲、障礙燈??諝鈮嚎s缸的部件要隨時(shí)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題必須及時(shí)的進(jìn)行更換。空氣冷卻裝置中存在的油污、雜質(zhì)等要及時(shí)的進(jìn)行零件更換等處理工作,發(fā)動(dòng)機(jī)的潤(rùn)滑油壓力要按時(shí)進(jìn)行檢查,保證其和額定的壓力相同,需要的時(shí)候必須進(jìn)行潤(rùn)滑油的更換。
五、總結(jié)
根據(jù)本文的研究,往復(fù)式壓縮機(jī)要想更好的應(yīng)用于生產(chǎn)當(dāng)中,必須加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)故障的研究,利用各種診斷技術(shù)和手段去提高這類壓縮機(jī)在診斷故障方面的水平,同時(shí)為 提高往復(fù)式壓縮機(jī)的整體性能,需要提高進(jìn)行結(jié)構(gòu)性的優(yōu)化設(shè)計(jì)去實(shí)現(xiàn)。